(57)【要約】  電池モジュール２１のケースは、電池室３１と排気室３３とを有している。ガスの排出方向に位置するケースの内面上には、ケースの融点よりも低融点の部材４１が設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素電池が配列されてケース内に収容された電池モジュールであって、
前記ケースは、前記複数の素電池を収容する電池室と、前記素電池から排出されるガスを前記ケースの外へ排気する排気室とを有しており、
前記ガスが前記素電池から前記排気室へ排出される排出方向に位置する前記ケースの内面上には、前記ケースの融点よりも低融点の部材が設けられている電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールであって、
前記部材の融点は、２００℃以上である電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池モジュールであって、
前記部材は、２以上の層が積層されて構成されており、
前記ケースの内面から離れて位置する層は、前記ケースの内面の近くに位置する層よりも低い融点を有している電池モジュール。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電池モジュールであって、
前記部材は、２以上の層が積層されて構成されており、
前記ケースの内面から離れて位置する層は、前記ケースの内面の近くに位置する層よりも低い熱容量を有している電池モジュール。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電池モジュールであって、
前記部材は、同一の材料からなる２以上の層が積層されて構成されており、
前記ケースの内面から離れて位置する層は、前記ケースの内面の近くに位置する層よりも薄い電池モジュール。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電池モジュールであって、
前記部材は、前記排出方向の前方側に位置する前記ケースの内面全体上に設けられている電池モジュール。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の電池モジュールであって、
前記素電池は、リチウムイオン二次電池である電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源又は省エネルギーの観点から、繰り返し使用できる二次電池を携帯型電子機器又は移動体通信機器等の電源として使用している。また、化石燃料の使用量の削減又は二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、このような二次電池を車両等の電源として使用することが検討されている。【０００３】
具体的には、二次電池を電気的に接続して電池モジュールを構成し、この電池モジュールを上記電源として使用することが提案されている。また、場合によっては、電池モジュールを更に直列に接続して電池パックを構成し、この電池パックを上記電源として使用することが提案されている。【０００４】
例えば特許文献１には、電池室と排気室とに区画されたケースを有する電池モジュールが記載されている。このような電池モジュールでは、電池室内の二次電池（素電池）から高温なガスが排出されたときであっても、その高温なガスは、電池室内を充満することなく排気室からケースの外へ排気される。これにより、高温なガスが電池室内の正常な素電池に与える影響を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０２７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二次電池が異常状態となったとき、高温なガスが二次電池から排出される（第１の異常モード）。しかし、二次電池の安全性を確保する観点から、万が一に備え、高温なガスだけでなく素電池の内容物も二次電池から排出される場合（第２の異常モード）にも配慮する必要がある。【０００７】
素電池が第２の異常モードに陥ると、素電池から排出された高温なガスは排気室からケースの外へ排気されるが、素電池から排出された内容物（排出物）は排気室からケースの外へ排出されずに排気室の内面上に堆積する（排出物の堆積）。これにより、排気経路が塞がれるため、排気室における圧力損失の増加が招来され、よって、排気効率の低下を引き起こす。【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、素電池が第２の異常モードに陥った場合であっても排気効率が維持された電池モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電池モジュールは、複数の素電池が配列されてケース内に収容されて構成されている。電池モジュールのケースは、電池室と排気室とを有している。ガスの排出方向に位置するケースの内面には、ケースの融点よりも低融点の部材が設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、素電池が第２の異常モードに陥ったときであっても、電池モジュールの排気効率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における素電池の縦断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの斜視図であり、（ｂ）は図２（ａ）に示すIIB−IIB線における断面図であり、（ｃ）は図２（ｂ）に示すIIC領域の拡大図である。
【図３】本発明の別の実施形態における電池モジュールの拡大断面図である。
【図４】本発明のまた別の実施形態における電池モジュールの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。
図１は、本実施形態における素電池１の縦断面図である。
【００１３】
本実施形態における素電池１は、例えばリチウムイオン二次電池であり、電池ケース３の開口部がガスケット５を介して封口板７で封止されて構成されている。電池ケース３内には、非水電解質と共に電極群が収容されており、電極群は、正極板１１と負極板１３とがセパレータ１５を介して捲回されて構成されている。正極板１１は、正極リード１１Ｌを介して封口板７に接続されており、負極板１３は、負極リード１３Ｌを介して電池ケース３に接続されている。
【００１４】
封口板７には、開放部７ａが形成されている。これにより、素電池が第１の異常状態に陥ったときには、高温なガスが開放部７ａから電池ケース３の外へ排気される。また、素電池が第２の異常状態に陥ったときには、高温なガス（熱）とともに内容物が開放部７ａから電池ケース３の外へ排出される。
【００１５】
図２（ａ）は本実施形態に係る電池モジュール２１の斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるIIB−IIB線における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）に示すIIC領域の拡大図である。なお、図２（ａ）〜（ｃ）では、図が煩雑になることを避けるために、素電池１の外形を簡略化している。
【００１６】
本実施形態に係る電池モジュール２１では、複数の素電池１，１，…はケース内に収容されている。ケースは、凹部を有する蓋体２３及び筐体２５と仕切り板２７とを有している。蓋体２３と筐体２５とは、凹部が互いに対向するように配置されており、仕切り板２７を挟んでいる。このようなケースでは、筐体２５の凹部の内面と仕切り板２７とで形成される空間が電池室３１であり、蓋体２３の凹部の内面と仕切り板２７とで形成される空間が排気室３３である。
【００１７】
電池室３１では、複数の素電池１，１，…は、封口板７を上にして筐体２５の凹部内に収容されており、ケースの長手方向に配列されている。そのため、仕切り板２７は、複数の素電池１，１，…の封口板７側に配置されており、電池ケース３の開口端部３Ａ（図１参照）に密着している。仕切り板２７には、貫通孔２７ａ，２７ａ，…がその長手方向に間隔を開けて形成されており、貫通孔２７ａ，２７ａ，…のそれぞれからは、素電池１の封口板７が露出している。これにより、素電池１の封口板７の開放部７ａは、仕切り板２７の貫通孔２７ａを介して排気室３３の内部空間に連通している。
【００１８】
排気室３３には、排気口部２９が形成されている。具体的には、蓋体２３の長手方向の一端面に切欠部が形成されており、これにより、ケースの長手方向一端では蓋体２３と筐体２５との間に隙間が存在する。この隙間が排気口部２９である。
【００１９】
排気室３３の内面、特に蓋体２３の凹部の底面（以下では「蓋体の内面」と記す。）２３Ａ上には、低融点部材４１が設けられている。低融点部材４１は、図２（ｃ）に示すように膜状に形成されており、素電池１が第２の異常モードに陥ったときに、排出物が低融点部材４１の表面部分に堆積してから、排出熱により低融点部材４１が溶融されるように設計されている。そのためには、低融点部材４１の融点を最適化することが好ましい。低融点部材４１の融点が低すぎると、低融点部材４１が瞬時に溶融されてしまい、低融点部材４１を設けた意味が没却されるからである。
【００２０】
本願発明者らは、低融点部材４１として厚みが０．５ｍｍ〜２ｍｍであり融点が２００℃のフッ素樹脂層を用いれば、排出物が低融点部材４１の表面部分に堆積してから、排出熱により低融点部材４１が溶融して、排出物が飛散することを確認している。
【００２１】
また、電池モジュールのケースは、一般に、高温なガス又は内容物等が素電池から排出されたときであっても溶融しないように設計されている。よって、排出熱の熱量は、蓋体２３の溶融に要する熱量よりも小さいと考えられる。
【００２２】
以上のことから、低融点部材４１の融点は、ケースの融点よりも低ければ良く、２００℃以上であることが好ましい。ここで、蓋体２３及び筐体２５はステンレス鋼又は鉄等からなる場合が多く、よって、ケースの融点は１５００℃前後又は１５００℃よりも高い。従って、低融点部材４１の材料の一例としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、PPS（polyphenylene sulfide）、フッ素樹脂全般、又はアルミニウム等の金属を挙げることができる。
【００２３】
本実施形態では、低融点部材４１により、電池モジュール２１を構成するいずれかの素電池１が第２の異常モードに陥ったときであっても電池モジュール２１において排気経路を確保できる。以下、具体的に説明する。
【００２４】
素電池１が第２の異常モードに陥ると、高温なガス（熱）及び内容物が封口板７の開放部７ａから排出される。この排出速度は非常に速い。そのため、高温なガス及び排出物は、排出方向に移動する、つまり、仕切り板２７の貫通孔２７ａを通って低融点部材４１の表面部分へ移動する。排出物は、低融点部材４１の表面部分へ付着し、その表面部分において冷却されて低融点部材４１の表面部分上に堆積する。一方、高温なガスは、低融点部材４１の表面部分へ当たって、その表面部分に沿って排気口部２９側へ移動し、排気口部２９から排気室３３の外へ排気される。
【００２５】
素電池１が第２の異常モードに陥った直後では、排出熱の熱量はそれほど大きくない。また、排出熱の熱量がそれほど大きくないので、排出熱は低融点部材４１を介して蓋体２３へ逃げる。これらのことから、素電池１が第２の異常モードに陥った直後では、低融点部材４１の温度はそれほど上昇しない。
【００２６】
しかし、時間が経過するにつれて（熱の排出が進むにつれて）、排出熱の熱量は増加する。そのため、低融点部材４１を介して排出熱を蓋体２３へ逃がすことが難しくなり、低融点部材４１（特に低融点部材４１の表面部分）の温度上昇を引き起こす。そして、低融点部材４１の表面部分の温度が低融点部材４１の融点まで上昇すると、低融点部材４１の表面部分が溶融して排気室３３内に飛散する。このとき、低融点部材４１の表面部分には排出物が付着しているので、低融点部材４１の表面部分の飛散により排出物が飛散する。
【００２７】
なお、順を追って説明したが、熱が排出されてからその排出が終了するまでに要する時間は数秒程度（例えば１．５秒）である。そのため、実際には、熱の排出が開始するや否や低融点部材４１が飛散する。
【００２８】
以上説明したように、素電池１が第２の異常モードに陥ると、排出物は低融点部材４１の表面部分に付着し、低融点部材４１の表面部分は排出熱によりその排出物と共に飛散する。これにより、排出物の堆積を防止できるので、電池モジュール２１において排気経路を確保できる。
【００２９】
低融点部材４１が低融点材料からなる単層である場合には、低融点部材４１が高融点材料からなる単層である場合に比べて、低融点部材４１の厚みを大きくすることが好ましい。
【００３０】
低融点部材４１の厚みは、低融点部材４１の融点だけでなく排出熱の熱量等にも依存するため一概には言えず、適宜自由に設定すれば良い。本願発明者らは、低融点部材４１として厚みが０．２ｍｍ〜１ｍｍのアルミニウム膜（融点は６５０℃）を用いれば蓋体２３の内面２３Ａ上における堆積物の厚みを半分以下に抑えることができるということを確認している。
【００３１】
しかし、熱の排出中に低融点部材４１が全て溶融してしまい、排出物が十分に飛散できない場合がある。そこで、低融点部材４１の代わりに、電池室３１側から蓋体２３の内面２３Ａ側へ向かうにつれて溶融し難くなるように構成された低融点部材を用いることが更に好ましい。そのような低融点部材の一例としては、例えば、図３又は図４に示す低融点部材５１，６１が挙げられる。図３及び図４は、電池モジュールの拡大断面図である。なお、図３及び図４でも、図が煩雑になることを避けるために、素電池１の外形を簡略化している。
【００３２】
図３に示す低融点部材５１の一例では、融点が互いに異なる層が積層されている。電池室３１（ケースの内面から離れて位置する）側には相対的に低融点な層（低融点層）５３が設けられており、蓋体２３の内面２３Ａ（ケースの内面の近くに位置する）側には相対的に高融点な層（高融点層）５５が設けられている。このように低融点部材５１では、低融点部材５１の溶融が進むにつれて、溶融される部材の融点が高くなる。従って、素電池１が第２の異常モードに陥ると、低融点層５３が溶融して、低融点層５３の表面部分に堆積した排出物が飛散した後、高融点層５５が溶融して、高融点層５５の表面部分に新たに付着した排出物が飛散する。よって、排出物を十分に飛散させることができるので、電池モジュール２１の排気効率を維持できる。
【００３３】
図３に示す低融点部材５１では、更に好ましくは、低融点層５３の熱容量が高融点層５５の熱容量よりも低いことである。熱容量の調整方法としては、例えば、層の厚みの最適化が考えられる。本願発明者らは、低融点層５３として厚みが３０〜４０μｍのエポキシ層を用い高融点層５５として厚みが０．８ｍｍのアルミニウム層を用いれば、電池モジュール２１において排気経路を確保できることを確認している。
【００３４】
また、図３に示す低融点部材５１の他の一例では、熱容量が互いに異なる層が積層されている。電池室３１（ケースの内面から離れて位置する）側には相対的に熱容量の低い層（低熱容量層）５３が設けられており、蓋体２３の内面２３Ａ（ケースの内面の近くに位置する）側には相対的に熱容量の高い層（高熱容量層）５５が設けられている。このような低融点部材５１では、低融点部材５１の溶融が進むにつれて、溶融される部材の熱容量が高くなる。従って、ケースの内面の近くに位置する層がケースの内面から離れて位置する層よりも低い融点であっても、低熱容量層５３が溶融して、低熱容量層５３の表面部分に堆積した排出物が飛散した後、高熱容量層５５が溶融して、高熱容量層５５の表面部分に新たに付着した排出物が飛散する。よって、排出物を十分に飛散させることができるので、電池モジュール２１の排気効率を維持できる。
【００３５】
なお、図３に示す低融点部材は、３以上の層が積層されて構成されていても良い。その場合には、低融点部材５１は、電池室３１側から蓋体２３の内面２３Ａ側へ向かうにつれて層の融点が高くなるように構成されていることが好ましい。又は、低融点部材５１は、電池室３１側から蓋体２３の内面２３Ａ側へ向かうにつれて層の熱容量が高くなるように構成されていることが好ましい。
【００３６】
図４に示す低融点部材６１では、材料が同一である一方厚みが互いに異なる層が積層されている。電池室３１（ケースの内面から離れて位置する）側には相対的に薄い層（薄層）６３が設けられており、蓋体２３の内面２３Ａ（ケースの内面の近くに位置する）側には相対的に厚い層（厚層）６５が設けられている。
【００３７】
薄層６３と厚層６５とは同一材料からなる。しかし、蓋体２３の内面２３Ａ上に薄層６３を形成してからその薄層６３の上に厚層６５を形成すれば、薄層６３と厚層６５との間に界面が形成され、その界面では熱の伝わり方が不連続となる。そのため、図４に示す低融点部材６１は同一の材料からなる単層とは異なる熱挙動を示し、薄層６３が溶融して飛散してから厚層６５の溶融が開始する。本願発明者らは、薄層６３として厚みが０．５ｍｍのアルミニウム層を用い厚層６５として厚みが０．８ｍｍのアルミニウム層を用いれば、薄層６３が溶融して飛散してから厚層６５の溶融が開始し、電池モジュール２１の排気効率を維持できることを確認している。
【００３８】
なお、図４に示す低融点部材６１は、３以上の層が積層されて構成されていても良い。その場合には、低融点部材６１は、電池室３１側から蓋体２３の内面２３Ａ側へ向かうにつれて層の厚みが厚くなるように構成されていることが好ましい。
【００３９】
このような低融点部材４１，５１，６１は、冶金的接合（レーザ溶接又は抵抗溶接等）により蓋体２３の内面２３Ａ上に設けられていても良いし、蓋体２３の内面２３Ａに機械的接合（ボルト等を介する接合又はかしめ）されていても良い。後者の場合には、蓋体２３に孔を開け、その孔において低融点部材４１，５１，６１を蓋体２３に組みつければ良い。
【００４０】
また、低融点部材４１，５１，６１は、蓋体２３の内面２３Ａ全体に亘って（前者の位置）設けられていても良いし、蓋体２３の内面２３Ａにおいて排出物が付着すると予想される部位のみに（後者の位置）設けられていても良い。本願発明者らは、低融点部材４１を前者の位置に設けて実験したところ、後者の位置における低融点部材４１のみが飛散していることを確認している。よって、低融点部材４１，５１，６１を後者の位置に設ければ、排出物の堆積を防止できる。一方、低融点部材４１，５１，６１を前者の位置に設ければ、電池モジュール２１の生産効率を維持できる。なお、本実施形態では、後者の位置は、蓋体２３の内面２３Ａのうち封口板７の開放部７ａの直上に位置する部位である。
【００４１】
以上をまとめると、本実施形態に係る電池モジュール２１を構成する素電池１が第２の異常モードに陥ると、排出物は低融点部材４１の表面に付着し、低融点部材４１は排出熱により溶融してその排出物とともに飛散する。これらのことから、本実施形態に係る電池モジュール２１では、排気経路が確保されるので排気効率を維持できる。
【００４２】
また、電池モジュール２１における排気効率を維持できるので、高温なガスが排気室３３から電池室３１へ逆流することを防止できる。よって、電池室３１内の正常な素電池１，１，…が高温なガスに曝されることを防止できるので、電池モジュール２１の安全性を確保できる。
【００４３】
更に、本実施形態に係る電池モジュール２１を構成する素電池１が第１の異常モードに陥ったときには、高温なガスは、素電池１の開放部７ａから仕切り板２７の貫通孔２７ａ及び排気室３３を通って排気口部２９から排出される。よって、本実施形態では、異常モードに依らず電池モジュール２１の安全性を確保できる。
【００４４】
本実施形態は、以下に示す構成であっても良い。
【００４５】
低融点部材の材料及び厚み等は、電池モジュールの用途等に合わせて適宜自由に設定すれば良く、上記実施形態で列挙した低融点部材の材料及び厚みの各具体例が一例に過ぎないことは言うまでもない。
【００４６】
低融点部材は、ケースの内面のうちガスの排出方向に位置する部位に設けられていれば良い。そのため、開放部の位置に合わせて低融点部材の位置を決定すれば良い。例えば開放部が電池ケースの底面に設けられている場合には、排気室を電池室よりも図２の下方に設け、低融点部材を排気室の底面上に設ければ良い。本実施形態のように電池室と排気室とが仕切り板で区画されているときには、低融点部材はケースの内面のうち仕切り板に対向する部位に設けられていれば良い。
【００４７】
ケースは、図２に示す構成に限定されない。例えば、蓋体は、平板であっても良い。その場合には、仕切り板は筐体の凹部内に配置されていれば良い。
【００４８】
仕切り板は、素電池を互いに接続するための配線基板であっても良い。この場合には、電池モジュールの部品数を減らすことができる。
【００４９】
排気口部は、ケースの長手方向の一端に形成されていれば良く、その大きさは、図２に示す大きさに限定されない。排気口部がケースの長手方向の一端面の一部分に形成されている場合には、排気口部は、低融点部材よりも電池室側に形成されていることが好ましい。これにより、高温なガスを排気室の外へスムーズに排出できる。
【００５０】
複数の素電池は、電池室内において、互いに並列接続されていても良いし、互いに直列接続されていても良い。仕切り板を配線基板として用いるときには、複数の素電池は互いに並列接続されていることが好ましい。また、電池モジュールを構成する素電池の個数が６個に限定されないことは言うまでもない。
【００５１】
電池室内において素電池の外側には、素電池を冷却するための冷却ユニットが設けられていても良い。これにより、電池モジュールの安全性を更に向上させることができる。
【００５２】
素電池は、角形リチウムイオン二次電池であっても良い。この場合には、電極群は、正極板と負極板とがセパレータを介して互いに積層されて構成されていても良い。
【００５３】
正極板は、集電体を介して封口板に接続されていても良い。負極板は、集電体を介して電池ケースに接続されていても良い。これにより、集電時の抵抗の低減を図ることができる。
【００５４】
素電池の構成要素の材料（正極、負極、セパレータ、非水電解質、電池ケース、正極リード及び負極リードの各材料）については言及していないが、リチウムイオン二次電池の構成要素として使用可能な材料を特に限定されることなく使用できる。
【００５５】
電池モジュールは、車両だけでなく電子機器又は通信機器等の電源として使用可能である。また、電池モジュール単体で電源として使用しても良いし、電池モジュールを互いに電気的に接続して電池パックを構成し、この電池パックを電源として使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明に係る電池モジュールは、安全性に優れているので、携帯型電子機器、移動体通信機器又は車両の電源等に有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１      素電池
２１    電池モジュール
２３    蓋体
２３Ａ  内面
２５    筐体
２７    仕切り板
２７ａ  貫通孔
３１    電池室
３３    排気室
４１    低融点部材
５１    低融点部材
５３    低融点層（ケースの内面から離れて位置する層）
５５    高融点層（ケースの内面の近くに位置する層）
６１    低融点部材
６３    薄層（ケースの内面から離れて位置する層）
６５    厚層（ケースの内面の近くに位置する層）
【図１】
2012001858.tif 000003
【図２】
2012001858.tif 000004
【図３】
2012001858.tif 000005
【図４】
2012001858.tif 000006
【国際調査報告】
2012001858.tif 000007
2012001858.tif 000008